《Marine Pollution Bulletin》：Dissolved oxygen regulates density-driven accumulation of waterborne L-DOPA and physiological homeostasis in turbot recirculating aquaculture systems
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•高密度促进了大菱鲆循环水养殖系统中水体L-DOPA的积累。•高溶解氧浓度可阻止与密度相关的L-DOPA积聚。•L-DOPA的积累与氧运输应激和HIF-1激活有关。•补充氧气恢复了L-DOPA代谢基因的平衡。•氧管理可减少循环水养殖系统中的内源性生物活性代谢物。引言循环水养殖
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高密度促进了大菱鲆循环水养殖系统中水体L-DOPA的积累。
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高溶解氧浓度可阻止与密度相关的L-DOPA积聚。
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L-DOPA的积累与氧运输应激和HIF-1激活有关。
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补充氧气恢复了L-DOPA代谢基因的平衡。
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氧管理可减少循环水养殖系统中的内源性生物活性代谢物。
引言
循环水养殖系统（RAS）因其高效的水资源利用率和减少的环境排放而在集约化水产养殖中得到日益广泛的应用。然而，水的持续循环利用也促进了源自饲料残留、微生物活动和鱼类代谢的溶解性有机化合物的积累（Fernandes等人，2026；Yamin等人，2017）。虽然常规水质管理主要关注氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、溶解氧（DO）和悬浮物，但越来越多的证据表明，各种内源性代谢物也可能在集约化RAS中积累，并可能影响鱼类性能和系统稳定性（Aguilar-Alarcón，2020）。在自然和人工水体环境中，生物代谢产物越来越被认为是溶解性有机化合物的重要组成部分。与传统污染物不同，这些化合物源自养殖生物本身，随后可能通过水体暴露影响生理、行为和生长（Yan等人，2020）。然而，与无机氮化合物相比，养殖系统中内源性代谢物的发生、调控和生物学意义仍知之甚少。
L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOPA）是一种天然存在的氨基酸衍生物，是儿茶酚胺生物合成的主要前体（Shih等人，2013）。在脊椎动物中，L-DOPA在芳香族L-氨基酸脱羧酶（AADC）的催化下进行脱羧反应生成多巴胺（DA）（Li等人，2018）。以往的研究主要关注L-DOPA在组织内的生理作用，而对其在水体系统中的发生和生态意义的关注较少。最近，我们的多组学研究证明，水体中的L-DOPA在高养殖密度下积累，并与大菱鲆（Scophthalmus maximus）幼鱼的生长抑制相关，表明L-DOPA可能在集约化RAS中作为一种内源性生物活性代谢物发挥作用（Wang等人，2026）。
养殖密度是公认的影响鱼类福利和生产性能的最重要环境因素之一。过度拥挤会损害生长、改变能量分配、抑制免疫功能并诱发慢性应激反应（van de Nieuwegiessen等人，2008；Liu等人，2017；Yang等人，2020）。虽然现代RAS中的溶解氧浓度通常维持在可接受范围内，但高养殖密度通过增加有限水体中的生物量载量和总耗氧量，增加了集约化养殖系统的生物需氧量。因此，即使水体溶解氧测量值仍在可接受范围内，鱼类可能在组织或微环境水平上经历氧限制，这种情况被称为功能性缺氧（Harrison等人，2018）。功能性缺氧与氧运输、能量代谢、内分泌调节的紊乱相关，并可抑制多种水生动物的摄食和生长性能（Jiang等人，2021；Mallya，2007；Zhan等人，2023）。
缺氧诱导因子1（HIF-1）信号通路是细胞适应氧限制的核心调控因子。HIF-1的激活促进一系列生理调整，包括红细胞生成、代谢重编程、血管生成和应激适应（Chen等人，2012）（图S1）。在缺氧条件下，HIF-1还通过调节氧敏感性代谢酶的表达参与氨基酸代谢和神经递质生物合成的调控。例如，慢性缺氧被证明可通过调控参与合成和降解通路的儿茶酚胺相关酶来改变单胺代谢（Lam等人，2017；Bechmann等人，2019）。由于L-DOPA是儿茶酚胺生物合成中的关键中间产物，其代谢平衡受到包括酪氨酸羟化酶（TH）、多巴脱羧酶（DDC）、单胺氧化酶（MAO）和儿茶酚-O-甲基转移酶（COMT）在内的多种酶的严格控制。因此，这些酶受氧气依赖性的调控可能在集约化养殖条件下影响L-DOPA的产生、转化和细胞外积累。然而，密度诱导的功能性缺氧是否激活HIF-1信号通路，进而扰乱L-DOPA代谢，从而导致水体L-DOPA的积累，尚属未知。
大菱鲆是陆基RAS中养殖的最具经济价值的海洋鱼类之一。商业化生产通常依赖相对较高的养殖密度，使其成为研究环境条件、代谢过程和水体生物活性化合物之间相互作用研究的理想模式。从环境角度来看，理解控制L-DOPA积累的因素可能改善我们对外源性代谢物在人工水体系统中形成的认识，并有助于未来基于风险的水质管理策略。
因此，我们假设氧气可用性通过缺氧相关的代谢通路调控密度依赖性的水体L-DOPA积累。为验证这一假设，在一个大菱鲆RAS中进行了2×2因子实验，结合两种溶解氧水平和两种养殖密度进行养殖。具体而言，我们的研究目的是：（1）确定在不同养殖密度下溶解氧如何影响水体L-DOPA的积累；（2）评估相关的生理和内分泌反应；（3）调查HIF相关信号通路与L-DOPA代谢通路的作用；以及（4）表征鳃和肝脏组织的转录组反应。研究结果提供了集约化养殖系统中内源性生物活性代谢物环境调控的新见解，并强调了在未来水质评估和管理中考虑此类化合物的重要性。
章节摘要
鱼类与养殖条件
所有大菱鲆幼鱼均来自一商业鱼类养殖场（中国威海），所有实验和样品采集均遵守中国海洋大学动物研究与伦理委员会制定的指南（许可证号：20141201）。实验前，将鱼类在中国威海海洋生物技术研究院的RAS中暂养七天，以使其适应实验室环境。
溶解氧调控密度依赖性的水体L-DOPA积累
如表2所示，初始体重和密度的高密度组和低密度组大菱鲆之间具有可比性，确认建立了不同的养殖密度条件。60天养殖期结束后，养殖密度和溶解氧水平显著影响生长性能。与普通处理组相比，普通溶解氧-高密度组（NDO-HD）的最终体重、WGR和SGR显著降低，而高溶解氧-高密度组（HDO-HD）
讨论
集约化水产养殖的目标是最大化单位水体的生物量；然而，密度依赖性的生长抑制仍是一个持续存在的挑战。本研究表明，大菱鲆在高密度条件下观察到的生长抑制是由功能性缺氧、代谢紊乱和生物能量资源从生长向应激适应转移所驱动的级联效应所致。至关重要的是，数据证明提高溶解氧水平可以将养殖密度与
结论
本研究证明溶解氧是调控循环水养殖系统中密度依赖性水体L-DOPA积累的关键环境因素。在高养殖密度下，鱼类表现出升高的L-DOPA浓度、生理应激和HIF相关信号通路的激活，表明功能性缺氧可能通过改变儿茶酚胺代谢对L-DOPA的积累做出贡献。补充氧气有效缓解了这些
CRediT作者贡献声明
王曦（Xi Wang）：初稿撰写、方法学、形式化分析、概念化。李思琪（Shiqi Li）：可视化、数据整理。王志怡（Zhiyi Wang）：数据整理。甘恩磊（Enlei Gan）：监督指导、调查研究。袁国子（Guozi Yuan）：验证、软件。宋谢发（Xiefa Song）：审稿与编辑、资源、资金获取。李萌（Meng Li）：审稿与编辑、项目管理、概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文所述工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究由国家重点研发计划（编号：<-->2023YFD2400400<-->）、山东省泰山学者基金（资助编号：<-->tsqn202306108<-->）以及山东省高等学校青年创新团队发展计划（<-->2023KJ031<-->）资助。
王曦|李思琪|王志怡|甘恩磊|袁国子|宋谢发|李萌
